机械结构设计的任务
机械结构设计的任务是根据确定的原理和方案确定并绘制特定的结构图，以反映所需的功能。它是将抽象工作原理定义为某种类型的组件或组件。具体内容是考虑结构部件的加工技术，强度和刚性，同时确定结构部件的材料，形状，大小，容忍度，热处理方法和表面状况。 ，准确性和与其他部位的关系。因此，尽管结构设计的直接乘积是技术图纸，但结构设计工作并不是简单的机械图。图纸只是表达设计方案的语言。综合技术的具体化是结构设计的基本内容。
第二机械结构设计特征
机械结构设计的主要特征是：（1）它是整合思维，绘画和计算（有时是必要的实验）的设计过程，并且是问题最多，最具体和最多的工作量的工作阶段机械设计。 ，在整个机械设计过程中，大约80％的时间用于结构设计，这在机械设计的成功或失败中起着重要作用。 （2）机械结构设计问题的多种解决方案，即满足相同设计要求的机械结构并非唯一。 （3）机械结构设计阶段是非常活跃的设计链接，通常需要反复进行。为此，在设计机械结构时，有必要根据整个机器了解机械结构的基本要求。
三个机械结构零件的结构元素和设计方法
3.1结构零件的几何元素
机械结构的功能主要是通过机械零件的几何形状和每个部分之间的相对位置关系来实现的。组件的几何形状由其表面组成。一个部分通常具有多个表面，其中一些表面与其他组件的表面直接接触，而表面的这一部分称为功能表面。功能表面之间的连接部分称为耦合表面。
零件的功能表面是确定机械体功能的重要因素，功能表面的设计是零件结构设计中的核心问题。描述功能表面的主要几何参数包括表面几何，大小，表面数，位置，顺序等。通过功能表面的各种设计，可以获得多个结构解决方案，以实现相同的技术功能。
3.2结构零件之间的连接
在机器或机器中，不隔离任何部分。因此，在结构设计中，除了研究部分本身的功能和其他特征外，还必须研究各个部分之间的关系。
零件的相关性分为两类：直接相关和间接相关性。任何两个部分都有直接的组装关系，这会直接相关。没有直接组装关系的相关性成为间接相关性。间接相关性分为两类：位置相关和运动相关性。位置相关性是指在相互位置的两个部分的要求，例如，还原器中两个相邻的传输轴之间的中心距离必须确保一定的准确性，并且两个轴必须平行以确保齿轮的正常网格。运动相关性是指零件与另一部分相关的运动轨迹。例如，车床工具支架的运动轨迹必须平行于主轴的中心线，这是由床导轨和主轴轴的平行性保证的。因此，主轴和导轨之间的位置是相关的。工具持有器和主轴之间的运动是相关的。
大多数零件都有两个或多个直接相关的零件，因此每个零件中的大多数与其他零件具有两个或多个零件。设计结构时，必须同时考虑这两个部分的直接相关部分，以便合理地选择材料的热处理方法，形状，大小，准确性和表面质量。同时，有必要考虑满足间接相关条件，例如尺寸链和准确性计算。一般而言，某个部分的直接相关部分越直接相关，其结构就越复杂；一部分间接相关的部分越多，其准确性要求就越高。例如，集线器连接如图5.1所示。
3.3结构设计问题，应根据结构部件的材料和热处理应注意
在机械设计中可以选择许多材料。不同的材料具有不同的特性。不同的材料对应于不同的处理技术。在结构设计中，应根据功能要求合理选择适当的材料，应根据材料类型确定适当的材料。处理技术并根据加工技术的要求确定适当的结构，只有通过适当的结构设计才能充分利用所选材料。
为了正确选择材料，设计人员必须充分了解所选材料的机械性能，处理属性，使用成本和其他信息。根据所选材料的特征及其相应的处理技术，应在结构设计中遵循不同的设计原则。
例如，当拉伸和压缩的钢材材料的机械性能基本上是相同的，因此钢束结构主要是对称的结构。铸铁材料的抗压强度远大于拉伸强度，因此，弯曲力矩的铸铁结构的横截面主要是不对称的形状，因此载荷轴承过程中的最大压缩应力大于最大拉伸应力。图5.2是两个铸铁支架的比较。在钢结构设计中，通常通过增加横截面尺寸来增加结构的强度和刚度。但是，如果铸造结构中的壁厚太大，则很难确保铸造质量，因此通常可以通过增强的板和隔板来增强铸造结构。结构的刚度和强度。由于刚度较差，形成后冷却不均的内部应力很可能引起结构翘曲，因此塑料结构的肋骨与壁厚相似，并且均匀地对称。
对于需要热处理处理的零件，结构设计的要求如下：（1）零件的几何形状应简单且对称，并且理想的形状是球形的。 （2）具有不同横截面的零件的大小和横截面的变化必须平稳，以避免突然变化。如果相邻部分的变化太大，则横截面的冷却不均匀，并且内部应力将不可避免地发生。 （3）避免边缘和锋利的角结构。为了防止在锋利的边缘和尖锐的角度融化或过热，通常在凹槽或孔的边缘上切出2至3毫米的圆形。 （4）避免横截面具有巨大的厚度和厚度。较大厚度和厚度的横截面在淬火和冷却过程中很容易变形，并且具有更高的破裂趋势。
设计四个机械结构的基本要求
机械产品在各行各业中都使用，结构设计的内容和需求差异很大，但它们都具有相同的共同部分。以下是三个不同级别的机械结构设计，以说明结构设计的要求。
1。功能设计符合主要的机械功能要求，并在技术上进行了凝结。例如实施工作原则，工作可靠性，过程，材料和组装。
2。质量设计考虑了各种要求和局限性，提高了产品的质量和性能比率，这是现代工程设计的特征。具体而言，还有许多其他要求和限制，例如运营，美容，成本，安全性和环境保护。在现代设计中，质量设计非常重要，并且通常决定产品的竞争力。仅满足主要技术功能要求的机械设计时代已经过去。协调各种要求并提高产品质量是现代机械设计的关键。与考虑工作原则相比，考虑到各种要求似乎只是设计细节的问题。但是，细节的总和是质量。产品质量问题不仅是过程和材料的问题。质量的提高应从设计开始。
3.优化的设计和创新设计使用结构设计变量和其他方法来系统地构建优化的设计空间，并使用创意设计思维方法和其他科学方法来优化和创新。
产品质量的提高是无限的，市场竞争变得越来越激烈，并且需求正在发展对个性化。因此，优化设计和创新设计在现代机械设计中的作用变得越来越重要，它们将成为未来技术产品开发的竞争重点。
在结构设计中获得可行的结构解决方案通常并不难。机械设计的任务是在众多可行性解决方案中找到更好或最好的。结构优化设计的前提是能够构建大量可以优化的解决方案，即构建大量优化解决方案，这也是结构设计中最具创造性的部分。结构优化设计目前基本上仅限于数学模型所描述的问题。更多的潜在和更有效的结构优化设计应基于由过程，材料，连接方法，形状，订单，方向，数量和尺寸等结构设计变量组成的结构设计解决方案空间。
机械结构的五个基本设计指南
机械设计的最终结果以某种结构形式表示，并根据设计的结构进行处理和组装以制造最终产品。因此，机械结构设计应满足许多方面的要求，并且基本要求包括功能，可靠性，加工性，经济性，外观以及形状和形状。此外，应提高零件的压力，应提高强度，僵硬，准确性和寿命。因此，机械结构设计是一项全面的技术任务。由于错误或不合理的结构设计，零件可能无效，导致机器无法满足设计准确性的要求，这给组装和维护带来了极大的不便。在机械结构设计过程中应考虑以下结构设计标准。
1。实施预期功能的设计指南
产品设计的主要目的是达到预定的功能要求，因此实现预期功能的设计标准是结构设计的首要考虑因素。为了满足功能要求，必须执行以下操作。
（1）阐明功能：结构设计是根据机器中的功能及其与其他组件的连接关系来确定参数大小和结构形状。零件的主要功能是承担载荷，传输运动和功率，并确保或维护相关零件或组件之间的相对位置或运动轨迹。设计的结构应能够满足整个机器的功能要求。
（2）合理的功能分配：设计产品时，通常必须根据特定情况合理地分配任务，即将一个函数分解为多个子功能。每个子功能必须具有一定的结构责任，并且各个部分结构之间应建立合理和协调的联系，以实现整体功能的实现。多结构零件可以采用相同的功能，以减轻零件的负担并延长使用寿命。 V形横截面的结构是任务合理分配的一个示例。纤维绳用于承受张力；当皮带弯曲时，橡胶填充层会受到张力和压缩。布料包裹层与皮带轮凹槽作用，以产生传输所需的摩擦。例如，如果螺栓预触及产生的摩擦仅用于承受横向负载，则螺栓的大小将太大，并且可以添加剪切元素（例如销钉，袖子和钥匙）来解决此问题通过共享横向负载来解决问题。 。
（3）功能浓度：为了简化机械产品的结构，降低处理成本并促进安装，在某些情况下，可以通过一个部分或组件来执行多个功能。功能的浓度将使零件的形状更加复杂，但必须中等。否则，它将影响处理技术并增加处理成本。设计应根据特定情况确定。
2.符合力量要求的设计标准
（1）相等的强度标准
零件的横截面维度的变化应与内部应力的变化一致，以使每个横截面的强度相等。根据相同强度原则设计的结构可以充分利用，从而减少体重和降低成本。例如悬臂支架和台阶轴的设计。见图1。
图1
（2）合理的力流结构
为了在视觉上表示力在机械组件中传递的状态，力被视为在组件中流动的水，而这些力线聚集到力流中。这意味着该力的流动在结构设计研究中起着重要作用。
力流不会在组件中中断，不会突然消失。它必须从一个地方和另一个地方传播。力流的另一个特征是它倾向于沿最短路线传递，因此力流在最短路线附近密集，形成高应力区。其他部位的力流稀疏，即使没有力流也没有。从压力的角度来看，材料无法充分利用。因此，为了提高组件的刚度，应根据最短的流途径尽可能多地设计零件的形状，从而减少承重区域，从而使累积变形较小，较小整个组件都增加了，并且材料被充分利用。
例如，在悬臂上排列的小斜角齿轮应尽可能靠近轴承，以减少悬臂的长度并增加轴的弯曲强度。图5.4显示了几个典型示例。
（3）应力减少浓度结构
当力流动的方向急剧变化时，力流在转弯点会太密集，这将导致应力浓度。在设计中应采取结构措施，以使力流平稳转。应力浓度是影响零件疲劳强度的重要因素。在结构设计期间，应尽可能避免或减少应力浓度。该方法将在相应的章节中引入，例如增加过多的圆角，采用卸载结构等。如图5.5所示。
（4）使负载平衡结构
当机器工作时，通常会产生一些无用的力，例如惯性力，螺旋齿轮的轴向力等。这些力不仅增加了轴和衬套等零件的负载，还会降低其准确性和寿命，而且还会降低机器的传输。效率。负载平衡意味着采取结构性措施以部分或完全平衡而没有力量来减少或消除其不良反应。这些结构测量主要使用平衡元素，对称布置等。
例如，两个螺旋圆柱齿轮在同一轴上产生的轴向力可以通过合理选择齿轮齿的旋转方向和螺旋角来相互取消，从而减少轴承载荷。如图5.6所示。
3.满足结构刚度的设计标准
为了确保零件在使用寿命期间正常执行其功能，必须使其具有足够的刚度。
4。考虑处理技术的设计指南
机械零件结构设计的主要目的是确保实施功能，并使产品能够实现所需的性能。但是，结构设计的结果对产品零件的生产成本和质量产生了无限的影响。因此，在结构设计中，有必要使产品具有良好的处理技术
所谓的良好加工技术是指零件结构的简单处理和制造。任何处理方法都可能无法制造某些结构的一部分，或者生产成本很高，或者质量受到影响。因此，对于设计师来说，了解处理方法的特征非常重要，以便他们可以发挥自己的优势并在设计结构时尽可能避免自己的劣势。实际上，零件的结构过程受到许多因素的限制，例如生产批量的大小会影响生成空白的方法。生产设备的条件可能会限制工件的大小；另外，形状，准确性，热处理，成本和其他方面都是对组件结构的加工性具有限制性影响的。因此，在结构设计中应充分考虑上述因素对加工性的影响。
5。考虑组装的设计指南
组装是产品制造过程中的一个重要过程，零件的结构直接影响组装的质量和成本。简要描述了用于组装的结构设计标准如下
（1）合理的组装单元
整个机器应该能够分解为几个单独组装的单元（组件或组件），以实现平行和专业的组装操作，缩短组装周期，并促进逐步的技术检查和维护。
（2）正确安装了零件
确保零件的准确定位。图5.7所示的两个法兰与普通螺栓相连。图（a）中所示的结构没有径向定位参考，并且在组装过程中无法保证这两个孔的同轴性。图（b）使用匹配的圆柱表面作为定位参考，结构是合理的。
- 避免双重合作。图5.8（a）中的A部分具有两个末端面孔，与B部分合作。由于制造错误，部分A的正确位置无法保证。图5.8（b）具有合理的结构。
- 防止组装错误。图5.9中所示的轴承座椅位于两个销钉。在图（a）中，两个引脚反向排列，螺栓的距离相等。在组装过程中，支撑很可能会旋转180°，从而导致座椅孔的中心线和轴中心线的位置偏差增加。因此，两个定位引脚应在同一侧排列，或两个定位销与螺栓之间的距离应不同。
图2
（2）使零件易于组装和拆卸
在结构设计中，应该有足够的装配空间，例如扳手空间；避免过度拟合，以避免增加组件的难度并引起交配表面的刮擦，例如某些步骤轴设计；为了促进零件的拆卸，应提供拆卸工具。位置，例如去除轴承。
6。考虑维护和维修的设计指南
1）产品的配置应根据其故障率，维修难度，尺寸和质量以及安装特性的排列。所有需要维修的零件和组件都应具有良好的可访问性；对于需要频繁维护的高故障率零件和紧急开关，应提供最佳的可访问性。
2）很容易拆卸和组装产品，尤其是易于消耗的零件，通常是拆卸的零件和其他设备。在拆卸和组装过程中进入和退出的零件的路线应直或平滑弯曲。
3）产品的检查点，测试点和其他系统的维护点应处于方便访问位置。
4）在产品周围必须有足够的操作空间，需要修复和拆卸。
5）在维护过程中，通常应可见内部操作。除了容纳维护人员的手或手臂外，该通道还应具有适当的观察范围。
7。考虑造型设计的标准
产品的设计不仅应满足功能要求，而且还应考虑产品形状的美学价值，以使其对人们有吸引力。从心理的角度来看，一个人的决定中有60％取决于他的第一印象。技术产品的社会属性是商品。在买家市场时代，设计可以吸引客户的外观是一项重要的设计要求。同时，形状精美的产品可以减少由能量耗尽引起的操作员的折衷。
外观设计包括三个方面：样式，颜色和表面处理。
考虑形状时，您应该注意以下三个问题：
（1）尺寸比协调
在设计结构时，应注意保持轮廓每个部分之间的尺寸之间的均匀和协调的比例关系，并应有意识地使用“黄金除法方法”来确定尺寸，以便产品形状更加美丽的。
（2）简单而统一的形状
机械产物的外观通常由各种基本几何形状（夹子，气缸，锥等）组成。在设计结构时，这些形状应适当匹配，基本形状应在视觉上平衡，并且几乎对称且不完全对称的形状容易肿胀；最小化形状和位置的变化，以避免过度混乱；改善处理技术
（3）支持和点缀颜色和图案
除防止腐蚀外，在机械产品表面上的绘画还可以增强视觉效果。适当的颜色可以减少操作员的眼睛疲劳，并提高区分设备显示的信息的能力。
单色仅用于小组件。大型，尤其是移动的组件，如果仅以一种颜色使用，它们将显得单调且不透明，并且一个较小的附加色块将使整个音调活跃。当多种颜色共存时，应该有主要的背景颜色，与背景颜色相对应的颜色称为对比色。但是在产品中，不同颜色的数量不应太多。太多的颜色会给人们一种华丽的感觉。
舒适的颜色大约位于浅黄色，绿色到棕色的区域。这种趋势越来越温暖，黄色和绿色通常看起来不舒服。强烈的灰色色调看起来令人沮丧。对于寒冷的环境，暖色，例如黄色，橙色和红色。对于热环境，请使用凉爽的颜色，例如浅蓝色。所有颜色都应减轻。另外，通过某些颜色配置可以安全且稳定。具有较小形状和较大面积的平面以浅色排列，而带有运动和主动轮廓的组件则以深色排列；深色应放在机器的下部，并将浅色放在上部。
8.考虑成本的设计指南
简化产品和维修操作
（1）在设计期间，应分析和交易产品功能，应合并相同或相似的功能，并应取消不必要的功能，以简化产品和维护操作。
（2）在设计过程中，结构应在满足指定功能要求的条件下简单，产品水平和组件的数量应尽可能最小化，并且应简化零件的形状。
（3）产品应尽可能通过简单可靠的调整机制进行设计，以消除由磨损或漂移引起的常见断层。对于容易发生当地磨损的有价值的零件，应将其设计为可调节或可拆卸的组件，以方便部分更换或维修。避免或减少涉及的重复调整。
（4）每个组件的位置应合理排列，以减少连接，固定装置并进行检查，更换等的维护操作。修复产品的任何部分时。减少其他零件，以减少维护人员技能的要求和工作量。
提高标准化和互换性
（1）优先选择标准化产品
在设计过程中应优选标准化的设备，组件，零件和工具，应将其品种和规格最小化。
（2）提高互换性和概括
①最大程度地使用不同设备中的常见组件，组件和组件，并最大程度地减少它们的品种。应尽可能地选择组件，组件，配件和工具，以满足使用或稍作修改的要求。
②在设计过程中，有必要制造具有较高故障率，易于损坏并具有良好互换性和多功能性的组件或单元。
③可以安装和可互换的产品必须在功能上互换。还应安装和交换可以互换功能的产品。如有必要，连接设备可用于实现安装和交换。
④不同工厂中生产的成品零件的相同模型必须能够安装和互换。
⑤具有相同功能和对称安装的零件，组和零件应设计为可互换。
⑥当修改零件或单元的设计时，请勿任意更改安装的结构元素，并破坏环的互换性。
⑦当产品需要进行某些更改或改进时，请尝试确保可以互换使用新产品和旧产品。
Ø模块化设计
a）该产品应根据其功能将产品设计成几个可互换的模块（或模块），并且它们的数量取决于实际需求。需要在现场更换的组件应该更模块化（零件）。
b）从产品中删除模块（零件）后，应方便地进行测试和调整。更换模块（零件）后，通常不需要调整；如果需要调整，则应简单易用。
c）模块的大小和质量（件）应易于拆卸，携带或携带。质量超过4公斤和不便的模块（零件）应配备手动处理手柄。对于必须通过机械抬起的模块，应提供相应的悬挂孔或悬挂环。
有完整的反纠正措施和识别标记
机械结构设计的工作步骤
在不同类型的机械结构设计中，不同的特定情况差异很大，并且无需逐步进行一些步骤。通常通过确定完成已建立功能组件的组件的形状，大小和布局来确定。结构设计过程是结合全面分析，绘画和计算的过程，其过程大致如下：
1。阐明主要和次要的坐标和平衡：阐明要设计的结构部分的主要任务和局限性，并分解将其目的实现的功能分解为多个功能。然后从实现机器的主要功能的组件开始（指机器中的基本功能在实现能量或材料转换中起关键作用），通常从功能的结构表面开始，考虑到相互的位置和与其他相关部分的连接关系。逐渐将其连接到另一个表面以形成零件，然后将此零件与其他部件连接以形成组件，最后将其组合到实现主函数的机器中。 Then, the , or the main are , such as , and .
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